專利名稱：一種排煙除硫裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及煙道氣中硫氧化物的凈化處理和回收方法以及裝置。
背景技術(shù)：
以煤或石油為燃料的鍋爐或火力發(fā)電廠排放大量煙道氣。這些煙氣含有SOx、NOx、HCl和HF等有害物質(zhì)，其中硫氧化物SOx，包括SO2和SO3，是形成酸雨的主要物質(zhì)。隨燃燒煤種的不同，SO2含量通常在300～5000ppmv(1000～15000mg/Nm3)之間。但是，煙氣量十分巨大，以燃煤鍋爐而論，蒸汽規(guī)模從35T/h到2500T/h，發(fā)電機(jī)組容量6MW到1000MW，煙氣量由5萬Nm3/h到250萬Nm3，SO2排放量1000噸/年到100,000噸/年。由于SOx是酸性氣體，采用堿性水溶液脫吸煙氣中的SOx，即煙氣除硫(Flue Gas Desulfurization，F(xiàn)GD)是有效的方法，具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。
現(xiàn)有的成熟的工業(yè)化技術(shù)主要是以石灰石為原料的方法，吸收劑為超細(xì)石灰石(325目)配制的漿液。其反應(yīng)原理如下SO2+H2O＝H2SO3H2SO3+CaCO3(石灰石)＝CaSO3.1/2H2O↓+CO2↑+H2OCaSO3.1/2H2O+1/2O2+3/2H2O＝CaSO4.2H2O↓(石膏)由于石膏的用途較小，除硫副產(chǎn)的石膏以拋棄為主。因此，這類方法稱為拋棄法。拋棄法具有明顯的缺點(diǎn)消耗新的自然資源；廢氣變廢渣，帶來新的污染；同時(shí)排放CO2，為溫室氣體，而且投資大，能耗高。
以氨為原料的方法屬于回收法，其反應(yīng)原理如下SO2+H2O＝H2SO32NH3+H2SO3＝(NH4)2SO3(NH4)2SO3+1/2O2＝(NH4)2SO4(硫酸銨)硫酸銨(簡稱硫銨)是一種高效化肥，其肥效比碳銨高一倍，比尿素也要高20％。原料氨中的有效氮N價(jià)值在18～19元/N，但是，在硫銨中，其價(jià)值可提高到30元/N，相當(dāng)于SO2的價(jià)值達(dá)到400～500元/噸，或者煤中的硫的價(jià)值達(dá)到800～1000元/噸。因此，以氨為原料的FGD技術(shù)可以產(chǎn)生明顯的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。
該技術(shù)在中國尤其具有應(yīng)用前景。中國是一個(gè)人口、糧食和化肥大國，化肥的產(chǎn)量折合為合成氨，相當(dāng)于3500萬噸/年。以FGD技術(shù)可以解決1500萬噸SO2/年計(jì)算，需要提供合成氨800萬噸/年，占總需求量的四分之一弱。另外，碳銨或尿素僅含氮營養(yǎng)，而硫銨中同時(shí)含氮和硫營養(yǎng)。因此，硫銨是比碳銨和尿素更好的化肥，在中國具有巨大的市場前景。
以氨為原料的煙氣除硫過程中，主要包括兩個(gè)具體的步驟(1)SO2吸收SO2+2NH3+H2O＝(NH4)2SO3SO2+(NH4)2SO3＝2NH4HSO3NH3+NH4HSO3＝(NH4)2SO3(2)亞硫銨氧化亞硫酸銨溶液鼓空氣直接氧化，便可得到硫酸銨SO32-+1/2O2＝SO42-(3)硫銨結(jié)晶(NH4)2SO4(L)＝(NH4)2SO4(S)亞硫銨氧化反應(yīng)實(shí)際上在吸收過程中也會發(fā)生，只不過由于煙氣中O2含量低，反應(yīng)速度慢，氧化率較低，一般不予考慮。
亞硫酸銨氧化和其他亞硫酸鹽相比明顯不同，NH4+對氧化過程有阻尼作用。因?yàn)镹H4+顯著阻礙O2在水溶液中的溶解。當(dāng)鹽濃度小于0.5mol/L(約5％(wt))時(shí)，亞硫銨氧化速率隨其濃度增加而增加，而當(dāng)超過這個(gè)極限值時(shí)，氧化速率隨濃度增加而降低。
現(xiàn)有技術(shù)的一個(gè)明顯缺點(diǎn)是，溫度較高的煙氣，有的煙氣溫度超過200℃，從除硫塔下部進(jìn)入除硫塔，即煙氣進(jìn)口在除硫塔的下部，致使除硫塔體大部分處于高溫危害區(qū)，對于除硫塔的防腐蝕要求和操作安全要求很高，一般都必須采用巨大的循環(huán)液體流量，能耗也大。因?yàn)?，目前的除硫塔都采用碳鋼?nèi)襯橡膠或者內(nèi)襯樹脂鱗片的方法制作而成，這些內(nèi)襯材料耐溫一般不超過70℃。更不便于采用玻璃纖維增強(qiáng)塑料(FRP)，簡稱玻璃鋼。因此，現(xiàn)有技術(shù)較難選擇玻璃鋼作為除硫塔的材料。
此外，國內(nèi)出現(xiàn)了一些煙氣除硫裝置設(shè)計(jì)方案。這類方案一般包括五種功能SO2吸收、亞硫酸銨氧化、稀硫酸銨的濃縮、除塵和除沫。其特點(diǎn)是在氧化段，銨鹽濃度控制較低，促進(jìn)氧化速度，另外，為了節(jié)省能耗，充分利用煙氣中的熱量，在氧化段(位于底部)和吸收段之間設(shè)置了濃縮段。該技術(shù)盡管較好地利用了亞硫酸銨氧化的特點(diǎn)，但是除硫塔略現(xiàn)復(fù)雜，造價(jià)較高，另外，流程亦較長。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題是公開一種新的回收廢氣中二氧化硫生產(chǎn)硫銨的方法及裝置，以克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺陷。
本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容如下發(fā)明人將亞硫銨氧化為硫銨過程與硫銨結(jié)晶過程合二為一，使其都在除硫塔的底部進(jìn)行，當(dāng)然，也可在一個(gè)脫硫系統(tǒng)下方的獨(dú)立裝置或者其他獨(dú)立脫硫裝置的下部單元實(shí)現(xiàn)上述亞硫銨氧化為硫銨過程與硫銨結(jié)晶過程的合二為一，并在除硫塔底部設(shè)置氧化結(jié)晶池。
將煙氣進(jìn)口設(shè)置在除硫塔的頂部，使高溫原料煙氣從除硫塔頂部進(jìn)，與包含除硫劑的液體或者氣體向下并流，除硫后，從下部出，使煙氣溫度最高位置在塔的頂部，塔下部都是低溫區(qū)，也更有利于采用玻璃鋼材料。其目的是提高除硫效率，簡化除硫塔的結(jié)構(gòu)，大大降低除硫塔的高度，簡化除硫系統(tǒng)的復(fù)雜性，更有利于采用玻璃鋼材料。
此外，值得說明的是，本發(fā)明所說的并流運(yùn)動(dòng)，主要是指高溫原料煙氣從除硫塔1頂部進(jìn)入，與包含除硫劑的液體或者氣體向下并流。
而且，本發(fā)明所說的“頂部”是任何設(shè)備或者裝置的底心上方的任意位置，例如，一個(gè)上下兩端為球形的圓柱形塔體，其“頂部”是下端球形位置之外的其他任何位置。當(dāng)然，如果下端球形位置較大，而且，下端球形位置的最底部設(shè)置有結(jié)晶氧化反應(yīng)器，那么該反應(yīng)器上方的任何位置都可以算作本發(fā)明所說的“頂部”，包括下端球形部分的上部位置也算“頂部”，“頂部”的煙氣進(jìn)口可以設(shè)置在該上部位置，或者柱體的任意位置，或者上端球形部件的任何位置。
本發(fā)明的一般實(shí)施方法包括如下步驟溫度為100～200℃、含有SO2濃度為200～20000mg/Nm3的煙氣，由增壓風(fēng)機(jī)2送到除硫塔1頂部的煙氣進(jìn)口，與吸收液(吸收液含除硫劑，除硫劑為液化氨或者氨水混合物；也可用高濃度冷壓氨氣，或者其他除硫液體或除硫氣體替代本處的吸收液)接觸溫度進(jìn)一步降低到55～70℃，進(jìn)入傳質(zhì)構(gòu)件層，與除硫塔上部進(jìn)入的吸收液接觸，煙氣中的SO2與吸收液中的除硫劑反應(yīng)形成亞硫銨，同時(shí)溫度進(jìn)一步降低到45～60℃，除硫凈化后的煙氣從除硫塔中部離開除硫塔1，進(jìn)入除沫器8，除去夾帶的液沫后，進(jìn)入煙囪排放；總體上，煙氣和吸收液從上部進(jìn)入除硫塔，并流，或順流向下；吸收液從除硫塔1上部進(jìn)入，吸收液經(jīng)過循環(huán)泵6，經(jīng)分布器均勻分布到傳質(zhì)構(gòu)件上，從上而下，吸收煙氣中的硫氧化物，SO2和SO3，并洗滌煙氣中的其它組分后，進(jìn)入除硫塔底部的結(jié)晶氧化反應(yīng)器，在結(jié)晶氧化反應(yīng)器中，亞硫銨被氧化空氣鼓風(fēng)機(jī)7鼓入的空氣氧化為硫酸銨，同時(shí)在硫酸銨的濃度超過其溶解度情況下析出硫酸銨結(jié)晶體，形成漿狀的液體；漿狀的硫酸銨液體從除硫塔1底部排出，經(jīng)過循環(huán)泵6，大部分與補(bǔ)充的除硫劑匯合后循環(huán)進(jìn)入除硫塔1，小部分進(jìn)入水力旋流器3，從旋流器頂部出來的流體回流至除硫塔的結(jié)晶氧化反應(yīng)器繼續(xù)生長為較大的顆粒，旋流器底部的濃縮料漿進(jìn)入離心機(jī)4；從離心機(jī)分4離出來的固體可作為產(chǎn)品，也可再進(jìn)入干燥機(jī)5進(jìn)一步脫水，離心機(jī)4出來的液體回流到除硫塔1的結(jié)晶氧化反應(yīng)器；所說的除硫劑選自液化的氨，碳酸氫銨，或氨/水混合物。
吸收液中，除硫原料氨與的質(zhì)量濃度為0.01～1.0％，更好地為0.04～0.4％；除硫塔中，煙氣與吸收液的質(zhì)量流量(千克/小時(shí))比為0.05～1.0，更好地為0.125～0.40；除硫塔中，吸收液的噴淋體積流量以除硫塔的空塔橫截面積為基準(zhǔn)，為5～200m3/m2/h，更好地為20～80m3/m2/h；在結(jié)晶氧化反應(yīng)器中，硫酸銨的重量濃度在15.0～75.0％之間，更好地在30.0～60.0％之間；在結(jié)晶氧化反應(yīng)器中，氧化空氣的流量(千克/小時(shí))與煙氣質(zhì)量流量(千克/小時(shí))的比例為0.002～0.04，更好地在0.005～0.01。
實(shí)現(xiàn)上述方法的裝置包括除硫塔，該除硫塔包括橫截面為圓形或矩形的塔體；設(shè)置在塔體內(nèi)上部的吸收液分布器；設(shè)置在塔體內(nèi)吸收液分布器下方的傳質(zhì)構(gòu)件；設(shè)置在塔體內(nèi)底部的氧化空氣分布器；設(shè)置在塔體上傳質(zhì)構(gòu)件下方的煙氣出口；煙氣入口設(shè)置在塔體頂部；設(shè)置在塔體內(nèi)煙氣出口下方的結(jié)晶氧化反應(yīng)器；尤其是，塔體的材質(zhì)為玻璃纖維增強(qiáng)塑料，或玻璃鋼，防腐蝕性能優(yōu)良，施工周期短。
該除硫塔的特點(diǎn)是煙氣和吸收液都從塔頂向下流動(dòng)，傳質(zhì)效率高，煙氣處理能力大。
采用上述結(jié)構(gòu)的除硫塔和所述的處理方法，煙氣中的硫氧化物的脫出效率可以達(dá)到95～99％。本發(fā)明的除硫塔，結(jié)構(gòu)簡單，處理能力大，吸收液流量小。本發(fā)明的循環(huán)吸收液為氧化后的硫酸銨溶液，從塔底結(jié)晶氧化反應(yīng)器抽出，與除硫原料(碳酸氫銨，或氨水混合物，或液化氨)混合后從頂部再進(jìn)入除硫塔的傳質(zhì)構(gòu)件。因此，煙氣和吸收液(含氨)同向流動(dòng)穿過傳質(zhì)區(qū)，在吸收液穿過傳質(zhì)區(qū)的末端處，吸收液表現(xiàn)為酸性，氣相中的氨分壓幾乎為零，因此更有利于消除煙氣中的氨夾帶損失。吸收液和煙氣同向并流接觸，更有利于提高煙氣速度，增強(qiáng)傳質(zhì)速度，減小塔徑，減低投資。吸收液以較高的pH值與煙氣接觸，除硫效率高，而吸收SO2后的吸收液直接落入結(jié)晶氧化反應(yīng)器，其pH值低，有利于氧化和結(jié)晶。
當(dāng)然，本發(fā)明的除硫系統(tǒng)可以根據(jù)煙氣的溫度、流量、流速，以及煙氣中含硫廢氣的濃度選擇配置一種或多種增強(qiáng)裝置例如，增壓風(fēng)機(jī)2、水力旋流器3、離心機(jī)4、干燥機(jī)5、循環(huán)泵6、氧化空氣鼓風(fēng)機(jī)7、除沫器8。
本發(fā)明可以獲得含硫酸銨液體、漿體、慮餅，顆粒產(chǎn)品或者晶體產(chǎn)品，其特征在于，硫酸銨液體的含水量不超過80％，硫酸銨漿體的含水量不超過50％，慮餅的濕度小于10％，含硫酸銨顆粒產(chǎn)品的粒度介于0.05～0.5mm之間，硫酸銨晶體的純度達(dá)90～99％。硫酸銨固體產(chǎn)品的含氮量為16～22％，優(yōu)選18.0～21.2％；含硫量為18.0～24.5％，優(yōu)選20.0～24.2％。


圖1為流程圖。
圖2為除硫塔結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
參見圖1，本發(fā)明的方法包括如下步驟含SO2的煙道氣，溫度為100～200℃，首先進(jìn)入增壓風(fēng)機(jī)2，被送到除硫塔1的頂部煙氣進(jìn)口，與上部進(jìn)入的吸收液接觸，溫度進(jìn)一步降低到50～65℃，然后進(jìn)入傳質(zhì)構(gòu)件層，凈化洗滌后的煙氣從除硫塔中部的出口離開除硫塔，再進(jìn)入除沫器8，進(jìn)入煙囪排放；吸收液從除硫塔1頂部進(jìn)入，從上而下，吸收煙氣中的硫氧化物后進(jìn)入除硫塔1底部的結(jié)晶氧化反應(yīng)器；硫酸銨漿液從除硫塔1底部排出，大部分與補(bǔ)充的除硫劑匯合后循環(huán)進(jìn)入除硫塔1，小部分進(jìn)入旋流器3，旋流器3頂部含有細(xì)顆粒的清夜回流至除硫塔1的結(jié)晶氧化反應(yīng)器，旋流器3底部的濃縮料漿通過離心機(jī)4分離出固體，再進(jìn)一步進(jìn)入干燥機(jī)5，即為成品硫酸銨，離心機(jī)分離的液體回流到除硫塔1的結(jié)晶氧化反應(yīng)器；參見圖2，所說的除硫塔1包括橫截面為圓型或矩型的塔體(101)；設(shè)置在塔體(101)頂部的煙氣入口(102)；設(shè)置在塔體(101)內(nèi)上部的吸收液分布器(103)；設(shè)置在塔體(101)內(nèi)吸收液分布器(103)下方的傳質(zhì)構(gòu)件層(104)；設(shè)置在塔體(101)內(nèi)下部的結(jié)晶氧化反應(yīng)器(105)；設(shè)置在結(jié)晶氧化反應(yīng)器(105)中的攪拌器(106)；設(shè)置在結(jié)晶氧化反應(yīng)器(105)中的氧化空氣分布器(107)；設(shè)置在塔體(101)上傳質(zhì)構(gòu)件(104)下方，結(jié)晶氧化反應(yīng)器(105)上方的煙氣出口(108)；所說的塔體101的橫截面還包括近似圓型，或者近似矩形的形狀。
所說的吸收液分布器103包括吸收液主管、支管和噴嘴。
所說的傳質(zhì)構(gòu)件104為除硫塔的核心。它要求傳質(zhì)面積大，流通空隙大，阻力低，而且還耐腐蝕。
傳質(zhì)構(gòu)件104選用波紋板規(guī)整填料或格柵填料，傳質(zhì)構(gòu)件(104)的比表面積為5～500m2/m3，空隙率為80～99％。板波紋填料規(guī)整填料的材質(zhì)為聚丙烯、聚氯乙烯或玻璃鋼，傳質(zhì)構(gòu)件層的高度為1～10m，最好為3～5m；所說的結(jié)晶氧化反應(yīng)器具有兩個(gè)功能，亞硫銨被氧化為硫銨，形成過飽和的硫銨溶液，和硫銨溶液結(jié)晶為大顆粒的晶體硫銨；同時(shí)結(jié)晶氧化反應(yīng)器內(nèi)配置有攪拌器裝置107，以增強(qiáng)氧化和結(jié)晶的速度。
按照本發(fā)明優(yōu)選的技術(shù)方案，還配置除沫器8，煙氣離開除硫塔后，還夾帶有液滴，經(jīng)過除沫器8分離，使煙氣的帶沫量小于100mg/Nm3。
實(shí)施例1一臺220T/h的鍋爐，燃用含硫量1.5％的煤，煙道氣流量為26萬Nm3/hr，SO2含量為3200mg/Nm3，電除塵器為4電場，煙氣含塵量為80mg/Nm3，煙氣溫度為140℃。除硫塔1的直徑為6.3m，高為22m，塔體101采用玻璃鋼(FRP)制造，平均厚度32mm。其中傳質(zhì)構(gòu)件104采用格柵填料，面積為65m2/m3，高度為3.5m。
煙氣溫度135℃，經(jīng)增壓風(fēng)機(jī)送入除硫塔，與吸收液接觸，進(jìn)入傳質(zhì)構(gòu)件層，循環(huán)吸收液流量為1450m3/h。除硫劑采用18％濃度的氨水混合物，流量為2.5m3/h。除硫率為98.5％，尾氣中SO2含量為48mg/Nm3。水的加入量控制在11.5m3/hr。
硫銨產(chǎn)量為1730kg/hr，其中硫酸銨含量為98.0％，相當(dāng)于含氮量為20.9。
實(shí)施例2一個(gè)670T/h的火力發(fā)電機(jī)組，即200MW，燃用含硫量在0.8％的煤，煙氣流量為80萬Nm3/hr，電除塵器為3電場，煙氣含塵量為200mg/Nm3，煙氣溫度為125℃。
除硫塔的直徑為10.0m，高為25m，塔體采用玻璃鋼(FRP)制造，平均厚度38mm。其中傳質(zhì)層采用波紋板規(guī)整填料，面積為60m2/m3，高度為4m。
煙氣溫度135℃，經(jīng)增壓風(fēng)機(jī)送入除硫塔，與吸收液接觸，進(jìn)入傳質(zhì)構(gòu)件層，循環(huán)吸收液流量為3250m3/h。除硫劑采用99.6％濃度的液化氨，流量為1.26m3/h。除硫率為96.8％，尾氣中SO2含量為55mg/Nm3。
水的加入量控制在30m3/hr。
硫銨產(chǎn)量為3000kg/hr，其中硫酸銨含量為97.2％，含氮量為20.65。
權(quán)利要求
1.一種排煙除硫塔，其特征在于，包括塔體(101)和設(shè)置在塔體(101)頂部的煙氣進(jìn)口(102)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的除硫塔，其特征在于，單個(gè)煙氣進(jìn)口(102)在塔體(101)頂部中心設(shè)置，或者在頂部偏心設(shè)置或在頂部周邊設(shè)置，或者在頂部任意位置設(shè)置不少于兩個(gè)煙氣進(jìn)口。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的除硫塔，其特征在于，煙氣在除硫塔內(nèi)流動(dòng)，并與噴霧形成的液滴狀態(tài)的吸收液接觸，同時(shí)煙氣中的硫氧化物被吸收液中攜帶的除硫劑脫除。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的除硫塔，其特征在于，所說的除硫劑選自液化氨，碳酸氫銨，或氨/水混合物，氨在吸收液中的質(zhì)量比例為0.01～1.0％。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或者4所述的除硫塔，其特征在于，煙氣與所說的吸收液的質(zhì)量流量(千克/小時(shí))比為0.05～0.5。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5的任何一項(xiàng)所述的除硫塔，其特征在于，煙氣在塔內(nèi)流動(dòng)過程中被包含除硫劑的吸收液激冷降溫，吸收液通過設(shè)置在塔體(101)內(nèi)部的吸收液分布器(103)噴灑成液滴。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6的任何一項(xiàng)所述的除硫塔，其特征在于，所說的除硫塔還包括設(shè)置在塔體(101)下部內(nèi)的吸收液儲槽(105)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7的任何一項(xiàng)所述的除硫塔，其特征在于，所說的除硫塔還包括設(shè)置在塔體(101)上，吸收液分布器(104)下方，吸收液儲槽(105)上方的煙氣出口(108)；
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的除硫塔，其特征在于，所說的吸收液分布器(103)包括吸收液分布主管、分布支管和霧化噴嘴。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的除硫塔，其特征在于，所說的吸收液儲槽(105)包括有攪拌器(106)和空氣分布器(107)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1到10的任意一項(xiàng)所述的除硫塔，其特征在于，所說的塔體(101)的橫截面為圓形，近似圓形，矩形，或者近似矩形。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種排煙除硫裝置。本發(fā)明使煙氣與含除硫劑的吸收液并流向下，在除硫塔底部將氧化過程與結(jié)晶過程合二為一，目的是簡化除硫塔的結(jié)構(gòu)，降低除硫塔的高度，并變廢為寶，獲得有益的化工產(chǎn)品。除硫塔采用玻璃纖維增強(qiáng)塑料材料整體制造，防腐蝕性能優(yōu)良，施工周期短。因而，除硫塔底部稱為結(jié)晶氧化反應(yīng)器；高溫原料煙道氣從除硫塔頂部進(jìn)，除硫后從中部出，使煙道氣溫度最高位置在塔的最高處，其余部分的煙氣溫度小于70攝氏度。除硫塔中煙氣和吸收液都從塔頂向下流動(dòng)，結(jié)構(gòu)簡單，煙氣處理能力大，除硫效率高，具有較大的工業(yè)化前景。
文檔編號B01D53/58GK101058054SQ20071011082
公開日2007年10月24日 申請日期2007年6月11日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月11日
發(fā)明者婁愛華 申請人:婁愛華